椎间盘退变的病理学

有研究表明，髓核的退变最早发生在20岁以前，纤维环的退变出现在40岁之后，其首先出现的变化是纤维环产生裂隙。椎间盘在最初形成时几乎全部被髓核组织占据，其外层仅有薄层的纤维环包绕。随着年龄的增长，髓核组织逐渐脱水而缩小至中心部位，周围的纤维环即增厚。作为椎间盘主要部分的髓核是由蛋白多糖黏液基质、纵横交错的胶原纤维网络和软骨细胞所构成。由于蛋白多糖具有膨胀性能，可以使髓核具有弹性和膨胀性。在新生儿期，椎间盘内蛋白多糖的含量较成人髓核及纤维环中的含量高，髓核中蛋白多糖的变化较纤维环中蛋白多糖的变化更为明显，从而使成人髓核的弹性下降，涵水性能降低，由于胶冻样髓核中的蛋白多糖的下降，胶原纤维增加，髓核与纤维环中出现不同宽度的过渡区，影响髓核将压缩力转化为纤维环的切线应力，纤维环受力不均匀，成为纤维环破裂的组织学基础。

（一）软骨终板退变的病理形态学特点

多数学者认为，软骨终板是椎体骨与椎间盘之间的透明软骨。在椎体骨发育过程中，软骨盘覆于椎体上下面，在10～13岁时其内出现次级骨化中心，类似于长骨两端的骺板，16～21岁时骺板开始消失，软骨下骨板形成，遗留的软骨盘即为软骨终板。儿童和青少年的软骨终板由透明软骨组成，到老年时转变为钙化的软骨或骨。

软骨终板由软骨细胞和细胞外基质组成。其软骨细胞与关节软骨细胞相似，细胞排列与胶原纤维走行一致，平行于椎间盘。软骨终板与内层纤维环和髓核相接。在软骨终板的外周部，细胞形态逐渐转变为纤维细胞样。

软骨终板的生物化学成分主要包括蛋白多糖、胶原和水。在不同的部位和不同的成长阶段，其成分的含量会有所变化，由椎间盘向椎体和由中心向前后两侧，胶原含量逐渐增多而蛋白多糖和水分含量逐渐减少。软骨终板的生化成分对维持椎间盘的完整性至关重要，其蛋白多糖的浓度具有调节向椎间盘进行物质运输的能力，软骨终板的蛋白多糖减少可引起髓核中蛋白多糖含量下降。

在增龄和椎间盘退变的过程中，软骨终板的生化成分发生了质和量的改变。有学者观察了软骨终板的基质合成和前胶原的表达后，发现在生长期胶原和蛋白多糖的合成和Ⅱ型胶原的变性均旺盛；进入成熟期后上述活动减弱；在退变期Ⅱ型胶原变性增加，并伴有Ⅰ型胶原合成。这说明生长期软骨终板基质的合成和分解代谢较强，而退变期则出现代谢产物的滞积和纤维化。软骨终板中心随年龄增加会出现Ⅹ型胶原，且逐渐增多，该胶原是软骨细胞肥大和钙化较为特异的标志。

软骨终板在年龄增长和退变过程中的形态学表现主要有软骨终板变薄、钙化和骨化、裂变和缺失等。在成年早期，软骨终板即开始有潜在的矿化，继而被吸收和成骨，阻止椎间盘的物质运输和营养过程，而营养障碍是引发椎间盘退变的主要原因。中年以后，软骨终板常可发生撕裂，产生裂隙。在大部分病例，这些裂隙开始于软骨盘中央和软骨终板与椎体之间，或软骨终板与髓核之间。

软骨终板的退变涉及形态和功能的改变，是一个复杂的有多种病理变化的过程，其退变可引起椎间盘供养障碍而诱发和加速椎间盘退变。

（二）纤维环退变的病理形态学特点

椎间盘的纤维环各层成45°倾斜角与椎体骺环附着，两层间以90°角交叉。深浅层间的纤维相互交织，形成网络，增强了纤维环的韧性和弹性，从而可以容纳含水约80%的髓核组织。随着年龄的增长，纤维环磨损部分产生网状变性和玻璃样变性，失去原有的清楚层次和韧性，产生不同的裂隙。

研究表明，纤维环的边缘性撕裂多见于前方的纤维环与椎骨交界处，裂隙中可有新生血管长入，这种裂隙多为创伤所致而非生化退变的过程，其发生与髓核退变无关；而纤维环的放射性撕裂常见于纤维环的后侧或后外侧，与椎间盘的退变密切相关。Fraser等认为，老化的髓核与退变的椎间盘可通过纤维环裂隙的延伸而形成孤立的放射状裂隙，导致外周纤维环边缘病变。相对年轻的椎间盘所发生的分离性边缘病变几乎是因纤维环内过度的高张力及继发的椎间盘内高压导致纤维环外周的机械性破坏。他们对纤维环的损伤进行了形态学的分类：

Ⅰ型：边缘型撕裂（纤维环撕裂），在纤维环的外层，平行于相邻一个或两个软骨终板的分离性损伤，损伤在纤维环与椎体的边缘附着部，而且常伴有血管肉芽组织长入，并可达到纤维环的中层，相邻椎体骨缘可出现杯型缺损，肉芽组织或纤维组织长入取代骨髓，其下骨小梁硬化，形成骨赘。并认为边缘性撕裂是由创伤所致，可能是周期性负荷衰减的结果，或是退变侵及边缘附着处的结果。

Ⅱ型：环状撕裂，常见于侧方的纤维环，可向前或向后延伸，尤其在外层纤维环病变时。这些病变与血管长入有关，但如同边缘性撕裂一样，无组织学的证据表明有修复发生，此型常伴有边缘性损伤。

Ⅲ型：放射状撕裂，这是椎间盘进一步退变的结果，髓核突出处的裂隙常在纤维环外层，平行或垂直于软骨终板，尤其影响纤维环的后侧或后外侧，有时大的裂隙可延伸至前方。放射状裂隙与髓核脱出有关，其可作为髓核与软骨终板物质向外突出的通道，从而导致椎间盘突出。

（三）髓核退变的病理形态学特点

正常髓核位于椎间盘中央偏后，在横段面上占椎间盘面积的50%～60%，呈胶冻状，触之有弹性。髓核被纤维环和上下软骨终板牢牢固定。儿童时髓核和纤维环的界限清楚。随年龄的增长，髓核变得坚硬而发白，蛋白多糖和水分含量逐渐减少，胶原纤维增粗，髓核与内层纤维环变得分界不清。髓核内有两种细胞类型：脊索细胞和软骨样细胞。在胚胎22周前脊索细胞占优势，26周以后至成人软骨样细胞为常见细胞类型。随着髓核退变增加，髓核的功能性细胞数量明显减少，死亡细胞比例则增加，从胎儿的2%增加到成人的50%以上。Moore等认为髓核退变起始于人生第2个10年；第3个10年后，髓核的水化程度明显下降，髓核出现皱缩，内层纤维环出现裂隙，并伸入髓核，随后髓核出现裂隙甚至碎片形成。Thompson等将髓核退变的病理学分为5级，1级：蓝白色胶冻样髓核肿胀，纤维环尚完整；2级：纤维带伸入髓核，纤维环板层间软骨样物质出现；3级：髓核纤维组织增多，纤维环板层间软骨样物质增多；4级：髓核出现与终板平行的水平状裂隙，纤维环局部塌陷；5级：裂隙扩展至整个髓核和纤维环。Hansen等发现犬的腰椎间盘髓核退变有两种不同病理类型：一种类型表现为髓核和内层纤维环进行性胶原化和钙化，常发生椎间盘突出症，主要发生于软骨营养不良性犬；另一种类型表现为髓核缓慢胶原化，至成年时仍保持黏液样外观，常单纯发生椎间盘退变及纤维环肿胀，很少发生椎间盘突出症，主要发生于非软骨营养不良性犬。Lowell等建立了犬的急性椎间盘髓核退变模型，并将犬的髓核退变分为6个类型，1型：髓核半透明，灰白色，与纤维环分界清楚；2型：髓核失去半透明外观，变为无色泽，纤维环撕裂，髓核邻近裂隙处皱缩；3型：髓核区变暗，内层纤维环内折，在髓核上形成缺口，椎间高度常有降低；4型：髓核区灰暗，且有明显纤维层与内层纤维环相连，椎间盘常变窄，向后膨出；5型：髓核被混乱的纤维或颗粒组织所代替，灰暗，有不规则腔隙；6型：髓核组织钙化、白垩化，与纤维环分界清楚，发生于软骨营养不良性犬。

髓核的退变，主要表现在蛋白多糖（PG）含量及硫酸软骨素（CS）、硫酸角质素（KS）成分的改变。髓核退变时，PG聚合能力明显下降，其分子明显变小。郑洪军等的研究结果表明，退变椎间盘中几乎没有多聚体PG，从胎儿至成人，退变椎间盘多聚体PG含量依次减少，随着PG聚合体的减少，糖胺多糖（glycosaminoglycan，GAG）的含量也出现降低。Scott等证实，髓核退变时，GAG浓度的降低主要是由CS浓度降低引起，KS浓度虽略有升高，但仍不足以补偿CS的大幅下降。他还进一步分析了原因：在髓核基质的生物合成过程中，CS要消耗氧，而KS则无需消耗氧。随着髓核的逐渐营养障碍，CS合成明显减少，KS合成相对增加，引起KS/CS比例增加。而CS与水亲和力更大，CS更适合抵抗压应力。随KS/CS比例增加，髓核抵抗压应力能力下降，髓核退变加剧。